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[8/16位单片机] 基于FOC汽车水泵控制器设计与实现——Microchip dsPIC33系列MCU

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 楼主 | 2020-5-15 17:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 SACDigiPowSolu 于 2020-5-15 17:19 编辑

       随着科技的发展人们的生活水平在不断的提高,汽车慢慢的也成为了生活的必需品。冷却系统是汽车发动机的重要组成部分。冷却系统工作状态直接影响汽车发动机使用寿命和燃油经济性。冷却系统部件主要包括:节温器、散热风扇和水泵等。水泵的作用是对冷却液加压,保证其在冷却系统中的循环流动。传统机械水泵由发动机皮带驱动,其转速直接与发动机转速耦合,不能有效匹配散热需求。电子水泵由ECU根据发动机实际工况动态调整转速,能够有限提高发动机使用寿命,降低发动机燃油消耗。随着汽车性能向着更安全,更可靠,更稳定,全自动智能化及环保节能的方向发展,新能源汽车的快速崛起,电子水泵市场前景广阔。

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       汽车水泵作为汽车必不可少的组件之一,它不仅能保证汽车的正常运行,还能在很大的程度上保障发动机的使用寿命,所以对汽车水泵的不断优化与改进也是非常必要的。永磁同步汽车水泵的出现和应用,是汽车水泵技术的一次革命,一百多年以来汽车水泵一直是使用机械水泵和有刷电动水泵。

       直流无刷电机的本体是由定子和转子组成,定子指的是电机在运行时固定不动的部分,主要是指定子绕组和定子铁心部分;转子包括永磁体、转子铁心和转轴等。高性能稀土永磁材料的问世,电力电子元件性价比的不断提高,以及微机控制技术的发展,使得基于磁场定向控制(FOC)的直流无刷电机的应用越来越广泛。

       FOC(Field-Oriented Control),也称矢量变频,是目前无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)高效控制的最佳选择。FOC精确地控制磁场大小与方向,使得电机转矩平稳、噪声小、效率高,并且具有高速的动态响应。

       FOC典型控制框图如下。为了得到电机转子的位置、电机转速、电流大小等信息作为反馈,首先需要采集电机相电流,对其进行一系列的数学变换和估算算法后得到解耦了的易用控制的反馈量。然后,根据反馈量与目标值的误差进行动态调节,最终输出3相正弦波驱动电机转动。

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       FOC 算法以与PWM 相同的速率执行。 这样进行配置使得 PWM 可使用两个分流电阻器和一个电位器(用来设置电机的参考速度)来触发两个绕组的 A/D 转换。允许A/D 中断来执行该算法。下图显示了A/D 中断程序的常规执行过程。


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       近些年Microchip 推出了专门适用于PMSM控制的dsPIC33系列MCU,集成多达6个高级电机控制PWM12ADC及运算放大器,并集成CAN/LIN控制器。高达100 MIPS的性能与DSP加速可执行高速控制算法,这个组合对于电机控制应用来说是理想之选。同时,dsPIC33器件为传感器提供了简便的接口,且抗噪性和可靠性均大幅提升。dsPIC33器件符合AEC-Q1000级标准,能在高达150℃的环境下工作并保证运行稳健,尤其适合各种汽车应用。

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        Microchip不仅仅只是提供用于电机控制的MCU,还有控制系统中的MOSFETDRIVEROP AMPCAN/LIN TRANSCEIVER等有相关器件。下面是品佳集团基于Microchip方案的PMSM FOC控制框图。

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   品佳FOC水泵DEMO 相关照片与视频

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       DEMO 视频链接

   链接:https://pan.baidu.com/s/1scNEsYvNcT-_I6ihylqTjA

   提取码:xosw



品佳FOC DEMO调整步骤

      本文提供的调整技术可使FOC算法适用于任何永磁同步电机。满足绝大部分 PMSM 的控制需求。文中所讨论的调整技术将有助于减少新项目开发中所花费的时间和精力。

1、硬件参数设置

硬件参数:RSHUNT、DIFFAMPGAIN以及 VDD都位于 UserParms.h文件中。该文件中的参数根据硬件设计不同而有所变化。

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       1) 电流检测电阻连接

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        2) 差分放大器增益的计算

              增益 = R11/(R9 + R10)

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2、启动参数的设置

         针对不同电机,启动参数值有所不同,其具体取值依赖于电机惯量、摩擦系数和负载转矩。用户必须微调这些值,使电机运行符合要求。

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   锁定时间应足以让电机完成锁定并达到稳定转速。



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   开环时间应使得转子能够跟随定子换相直至达到开环最终转速。

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         当电机开始运行时,初始转矩给定值应当足够大以带动负载。

3、电机参数的设置

        电机参数:POLEPAIRSPHASERESPHASEINDNOMINALSPEEDINRPMMINSPEEDINRPM都位于UserParms.h文件中。电机参数依赖于电机的规格,当测试不同的电机时,应当更新电机参数值。

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4、电机开环运行设置

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5、滑模控制器的设置

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6、启用闭环模式

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7、软件电流增益调整

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      欢迎各位工程师读者帮忙提出宝贵建议,一起交流电机开发应用的心得,感谢支持!!




                                                                                                    大联大控股 - 品佳集团      

                                                                                                              2020515

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| 2020-5-15 21:07 | 显示全部楼层
很好的分享,赞!

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| 2020-5-17 19:39 | 显示全部楼层
带预驱的产品出来了吗?对比英飞凌的价格?

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| 2020-5-17 21:57 | 显示全部楼层

只有视频链接,没有程序

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| 2020-5-18 11:32 | 显示全部楼层
不错

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| 2020-5-18 12:03 | 显示全部楼层
这只是例程。离实用还有很长的路。

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| 2020-5-18 13:47 | 显示全部楼层
我的DSPIC33应用FOC   电动水泵 的开发
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| 2020-5-18 13:56 | 显示全部楼层
提示下:
1,官方代码比较粗糙,C内联汇编,读起来不顺溜;
2,实际应用需要修改的地方较多;(电机速度,正反转……)
3,实际工程应用还是有一些难度(对于没做过电机驱动的嵌入式开发人员)
4,实际上的AN1160——择多函数的BLDC方案,我觉得也很不错,在水泵应用上,不过官方代码太过粗狂,实际应用需要大篇幅修改代码。
欢迎各位DSPIC33的技术专家多沟通,互相学习。

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| 2020-5-18 14:04 | 显示全部楼层
没有程序,感谢分享!!!

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| 2020-5-18 15:09 | 显示全部楼层
jzyjsjt 发表于 2020-5-18 14:04
没有程序,感谢分享!!!

DS70638A_CN
全部有楼主所描述的  自己可以看看

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| 2020-5-19 09:50 | 显示全部楼层
为啥不用集成mos驱动的dsPIC33呢?又不贵,pcb布局更简洁。

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| 2020-5-20 15:12 | 显示全部楼层
1399866558 发表于 2020-5-19 09:50
为啥不用集成mos驱动的dsPIC33呢?又不贵,pcb布局更简洁。

楼主说的不就是dspic33吗?  dspic33系列有集成门极驱动的?

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| 2020-5-20 21:13 | 显示全部楼层
49500199 发表于 2020-5-20 15:12
楼主说的不就是dspic33吗?  dspic33系列有集成门极驱动的?

新出来的,dsPIC33EDV64MC205.
就这一两个月量产吧,稍微等等。

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| 2020-5-21 13:18 | 显示全部楼层
1399866558 发表于 2020-5-20 21:13
新出来的,dsPIC33EDV64MC205.
就这一两个月量产吧,稍微等等。

谢谢推荐,  好东西,希望成本不要太高。目前数据手册还没有,很期待

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| 2020-5-21 20:57 | 显示全部楼层
49500199 发表于 2020-5-21 13:18
谢谢推荐,  好东西,希望成本不要太高。目前数据手册还没有,很期待

年初的时候就看了,看上去很强大,没实际用过。

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| 2020-5-26 21:19 | 显示全部楼层
49500199 发表于 2020-5-18 15:09
DS70638A_CN
全部有楼主所描述的  自己可以看看

这个资料哪里有?

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| 2020-5-26 21:19 | 显示全部楼层
1399866558 发表于 2020-5-21 20:57
年初的时候就看了,看上去很强大,没实际用过。

这个芯片价格怎么样?

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| 2020-5-27 13:36 | 显示全部楼层

google检索

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| 2020-5-29 13:00 | 显示全部楼层
中天龙虎 发表于 2020-5-26 21:19
这个芯片价格怎么样?

有量都不贵,毕竟那是沙子。

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| 2020-6-6 13:00 | 显示全部楼层
dsPIC33EDV64MC205 Motor Control Development Board
Part Number: DM330027
官方已经放出了这个芯片的开发板了。 37015edb227fd4753.png

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